JP2012178809A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像信号の色の明るさに注目して、明るい色をより伸張して際出せて表示させるエンハンス処理を行うことにより、人間の視覚特性により合った状態で映像品位を向上させる。
【解決手段】ヒストグラム生成部２は、入力映像信号の１フレームの各画素について、画素の所定の特徴量と、当該画素が取りうる最大の特徴量とを計算する。そして、画素ごとに最大の特徴量に対する当該画素の特徴量の比を色の明るさの指標値として計算し、指標値に応じた画素の画素数を積算したヒストグラムを生成する。エンハンス処理部３は、ヒストグラム生成部２が生成したヒストグラムにおける指標値が所定の閾値以上の画素の画素値に対して、ゲインを適用してエンハンスを行う。特徴量は、ＣＩＥＬＡＢ色度空間にて規定される輝度Ｌ＊とする。また特徴量は、画素のＲＧＢデータのうち最大階調値をもつデータであってもよく、又は画素の輝度値Ｙとしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像表示装置に関し、より詳細には、表示映像の画質を向上させるためのエンハンス機能を備えた映像表示装置に関する。

映像表示装置において、表示映像の画質を向上させるためのエンハンス機能が知られている。エンハンス機能を実行する場合、通常では映像信号のフレーム毎に階調の最大値を検出し、その最大値のレベルが低ければ、階調が高い部分の映像信号にゲインをかけて伸張する。また、映像信号の階調の最小値を検出し、その最小値が高ければ階調が低い部分の映像信号に圧縮ゲインをかけて階調を低下させる。このようなエンハンス機能を用いることによって映像信号の信号レンジが広くなり、表示画像のコントラスト感が増大して画質が向上する。

例えば、特許文献１には、バックライトの輝度の調整にともない、画像の明暗も調整前に近くなるようにコントラストを自動的に調整する液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置では、オペレータがバックライト装置の光源をオンオフすることによって画像の輝度を変え電力の節電を図ることができ、輝度が変わるとエンハンス機能が働き、表示画像は輝度に合わせたコントラストに調整され、バックライト装置の輝度を下げても、画像の明暗は輝度を下げる前とほぼ同程度のものが得られるようにしている。

特開平９−８０３７８号公報

従来のエンハンス機能においては、映像信号の画素値の最大値や最小値をみて、高い部分の階調を伸張して持ち上げたり、低い部分の階調を圧縮して落とすような処理が行われる。このようなエンハンス処理は画像の画素値をみて処理されるため、必ずしも人間の視覚特性に合致して映像品位を十分に向上させるとは限らない。例えば、様々な物体を撮影したときの物体色において、映像信号として輝度は低いにもかかわらず見た目には光輝いている色というものは存在する。

また、ｘｙ色度図上で考えた場合に、すべての色はｘとｙによる２次元平面で特定される色度と、２次元平面と垂直方向の明度を示すＹであらわせる。物体からの色が反射光のみであった場合には、各色度における明度Ｙは特定の値までに制限される。その際の最大の明度が最明度である。反射光のみであれば、各色度の明度が最明度を上限とするのに対して、物体そのものが発光している場合は、明度は、最明度以上の値を取りえる。この最明度以上の明度を持つ色を一般に発光色という。発光色を映像信号上で表現することは通常難しい。

つまり映像信号の値と見た目の感覚とには齟齬がある場合がある。人間の目に明るく見える色を検出してエンハンスを行うようにすれば、画面上で光った色をより際だたせて画質を向上させる効果が得られるが、従来ではこのような思想に基づくエンハンス処理は行われていなかった。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、映像信号の色の明るさに注目して、明るい色をより伸張して際出せて表示させるエンハンス処理を行うことにより、人間の視覚特性により合った状態で映像品位を向上させることができるようにした映像表示装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号の特徴量に基づいて、該入力映像信号をエンハンスして表示する映像表示装置であって、前記入力映像信号の特徴量のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、該ヒストグラム生成部が生成したヒストグラムの所定範囲の上位領域を発光色として、該発光色の画素値をエンハンスするエンハンス処理部と、を有することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記ヒストグラム生成部は、入力映像信号の１フレームの各画素について、画素の前記特徴量と、当該画素が取りうる最大の前記特徴量とを計算し、各画素ごとに前記最大の特徴量に対する当該画素の特徴量の比を色の明るさの指標値として計算し、前記指標値に応じた画素の画素数を積算したヒストグラムを生成し、前記エンハンス処理部は、前記ヒストグラム生成部が生成したヒストグラムにおける、前記指標値が所定の閾値以上の画素を前記上位領域として、該上位領域の画素値に対して、ゲインアップすることによりエンハンスを行うことを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記エンハンス処理部は、前記所定の閾値をｔｈｒｅｓｈとし、前記ヒストグラムの前記指標値の平均値をＡ、標準偏差をσとするとき、前記閾値ｔｈｒｅｓｈは、ｔｈｒｅｓｈ＝Ａ＋Ｎσ（Ｎは定数）により決定することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２または第３の技術手段において、前記エンハンス処理部は、入力映像信号の１フレームの画素の輝度値の対数の平均を累乗してジオメトリック平均値を算出し、該算出したジオメトリック平均値が所定値より低い場合に、前記ゲインアップにによるエンハンスを行うことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記エンハンス処理部は、前記ジオメトリック平均値の前記所定値より低い第２の所定値を設定し、前記所定値から前記第２の所定値までの領域では前記エンハンスとして適用するゲインを前記所定値から前記第２の所定値に向かって徐々に増加させ、前記ジオメトリック平均値が第２の所定値より低い領域では前記ゲインを一定とすることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第２〜５のいずれか１の技術手段において、前記エンハンス処理部によって所定の閾値以上の画素にエンハンス処理を行った後、エンハンス処理を行った１フレームの画素全体に一律にゲインダウンする圧縮ゲイン処理部を有することを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第６の技術手段において、前記エンハンス処理部は、前記閾値以上の画素をエンハンスする際に、前記ヒストグラムの最高特徴量をもつ画素から低特徴量方向に画素数を積算して全画素数のＭ％（Ｍは所定値）目の画素が表示可能な最高階調で表示されるゲインアップを適用し、適用したゲインアップによって画素値が前記表示可能な最高階調を超えることを一時的に許可し、前記圧縮ゲイン処理部は、前記一時的に許可した画素値に対して前記圧縮ゲイン処理部がゲインダウンを適用した後、さらに画素値が表示可能な最高階調を超えている場合には、該最高階調を超えた画素が最高階調以内の階調で出力されるように、かつ最高階調から所定の低階調に向かう領域の出力値が曲線を描いて徐々に低下するソフトクリップを行うことを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第１〜７のいずれかの技術手段において、前記画素の特徴量は、ＣＩＥＬＡＢ色空間にて規定される輝度Ｌ＊であることを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第１〜７のいずれか１の技術手段において、前記画素の特徴量は、画素のＲＧＢデータのうちの最大階調値をもつデータであることを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第１〜７のいずれか１の技術手段において、前記画素の特徴量は、画素の輝度値Ｙであることを特徴としたものである。

本発明の映像表示装置によれば、映像信号の色の明るさに注目して、明るい色をより伸張して際出せて表示させるエンハンス処理を行うことにより、人間の視覚特性により合った状態で映像品位を向上させることができる。

本発明による映像表示装置の要部構成例を示すブロック図である。 本発明の映像表示装置にて実施する発光色エンハンス処理を説明する図である。 エンハンス処理を行うときのゲインの設定例を説明する図である。 計算されたゲインを使用して、図２のＣＭＩヒストグラムをエンハンスした状態を示す図である。 エンハンス前後の状態の一例をトーンカーブにして示す図である。 図５のトーンカーブに示されるＲＧＢデータから作成したＲＧＢＬＵＴによるトーンカーブを示す図である。 図５のトーンカーブの出力を図６の入力としたときのトーンカーブを示す図である。 彩度と明度の関係におけるＣＭＩ＝１００の発光色境界を概念的に示す図である。 実際の物体等の輝度及び色度ヒストグラムをと、これを規格化した後のヒストグラムを示す図である。 映像表示装置で表示すべき放送映像信号からＣＭＩを計算する手法を説明する図である。 ＣＭＩヒストグラムの一例を示す図である。 人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。 本発明による画像表示装置の第１の実施形態における発色光エンハンス処理を説明するためのフローチャートである。 ＲＧＢデータをもつ画素における最明色を説明する図である。

図１は、本発明による映像表示装置の要部構成例を示すブロック図で、図中、１は映像信号処理部、２はヒストグラム生成部、３はエンハンス処理部、４は圧縮ゲイン処理部である。映像表示装置は、これらの構成の他に、図示しない液晶パネル等の表示部、表示部を照明するバックライトなどを備える。この他映像表示装置では、音声信号に対する信号処理並びにスピーカや音声出力端子への出力処理もなされる。

映像信号処理部１は、放送信号から分離した映像信号や外部機器から入力した映像信号を入力し、従来と同様の映像信号処理を行う。例えば、ＩＰ変換、ノイズリダクション、スケーリング処理、γ調整、ホワイトバランス調整、などを適宜実行する。また、ユーザ設定値に基づいてコントラストや色味等を調整する。
信号処理された映像は、ヒストグラム生成部２に入力され、フレーム毎のヒストグラムが作成される。ヒストグラム生成部２では、入力映像信号の１フレームの各画素について、入力映像信号の色の明るさに関連する所定の特徴量と、各画素の色度を維持したまま取りうる最大の特徴量とを計算し、画素ごとに最大の特徴量に対する当該画素の特徴量の比を色の明るさの指標値として計算する。そして指標値に応じた画素の画素数を積算したヒストグラムを生成するものである。上記の所定の特徴量は、ＣＩＥＬＡＢ色空間にて規定される輝度Ｌ＊である。また他の例では上記特徴量は、画素のＲＧＢデータのうちの最大階調値をもつデータである。さらに他の例では上記特徴量は、画素の輝度値Ｙである。

エンハンス処理部３では、ヒストグラム生成部２で生成されたヒストグラムに基づいて、発光色であるとみなされる画素の階調にゲイン（ゲインアップ）を適用してエンハンスする。エンハンス処理部３では、ヒストグラムの上記の指標値の平均値Ａ、及び標準偏差σに基づいて閾値を計算し、上記指標値が閾値以上の画素の画素値に対してゲインを適用してエンハンスを行う。
また、エンハンス処理部３では、入力映像信号の１フレームの画素の輝度値の対数の平均を累乗してジオメトリック平均値を算出し、算出したジオメトリック平均値が所定値より低い場合に、ゲインを適用したエンハンスを行う。

エンハンスされた映像信号は、圧縮ゲイン処理部４に入力する。圧縮ゲイン処理部４では、エンハンス処理部３によってエンハンス処理を行った後、エンハンス処理を行った１フレームの画素全体に一律に圧縮ゲイン（ゲインダウン）を適用する。圧縮量は、画面平均輝度などの所定条件に従って決定される。

本発明に係る液晶表示装置の実施形態では、映像信号から発光色を検出し、その検出した発光色を対象としてエンハンス処理を行う。発光色とは、色度図上に表される色における明度軸上の明るさが所定以上のレベルの色を指すもので、色の明るさレベルが所定の閾値以上の色の画素について、映像信号にエンハンス処理を行うものとする。このときの閾値は、１フレーム画像ごとのヒストグラムに応じて定められる相対的な値であり、画像内で相対的に所定レベル以上の明るさを有する画像に対してエンハンス処理を行う。
発光色に対してエンハンス処理を行うことにより、実際に見た目に明るい色に対してエンハンス処理を行うことができる。そして発光色がエンハンスされた映像に対して、一律に圧縮ゲインを適用して階調を下げる。エンハンスしたままであると画面全体の明るさが高くなってしまうためで、再度圧縮ゲインを適用することで画面の明るさを低下させる。ここでは、発光色に対してエンハンス処理が行われ、その後画面全体に圧縮ゲインが適用されることから、画面内の輝度の再配置を行うことと同義となる。この処理により、発光色が高い部分を特に際だたせて表示させることができるようになる。

本発明に係る映像表示装置にて実施する発光色エンハンス処理は、上記のように入力映像信号から発光色を検出し、その発光色の映像信号に対して階調を伸張するエンハンス処理を行うものである。ここでは、まず入力映像信号からジオメトリック平均値（ＧＡｖｅ）、及びＣＭＩ（color mode index）ヒストグラムを検出する。ＣＭＩは、本発明によりエンハンス処理を行うための特徴量の１つである。

ジオメトリック平均値は、信号輝度の平均ではなく、液晶パネルの輝度の平均を視覚特性に合致した値として算出した輝度平均値である。また、ＣＭＩヒストグラムは、映像信号に基づいて作成するヒストグラムであるが、映像信号の輝度値Ｙに応じて画素数を積算したＹヒストグラムなどと異なり、色の明るさを示す指標により画素数を積算してヒストグラムとしたもので、人間の視覚特性により合致しているとされるヒストグラムである。これらジオメトリック平均値とＣＭＩヒストグラムの具体的な定義と計算方法については後述する。

図２は、本発明の映像表示装置にて実施する発光色エンハンス処理を説明する図で、入力映像信号から生成したＣＭＩヒストグラムの例を示すものである。ＣＭＩヒストグラムが検出されると、そのＣＭＩヒストグラムから平均値（Ａｖｅ）、標準偏差（σ）を計算し、これらを用いて閾値ｔｈｒｅｓｈを、
ｔｈｒｅｓｈ＝Ａｖｅ＋Ｎσ
により計算する。なおＮは所定の定数とする。閾値の算出方法は、母集団の上位を特定する方法であれば、他の方法でもよい。
例えば、入力映像信号の１フレームから図２に示すようなＣＭＩヒストグラムが検出できたものとする。ＣＭＩヒストグラムの横軸はＣＭＩであり、色度図上の各色において最も明るい色のＣＭＩを１００として示している。つまり、色の明るさは映像信号の階調によって異なり、階調からＣＭＩを算出して画素数を積算する。縦軸は色の明るさ（ＣＭＩ）毎に積算した画素数（頻度）を示している。

そして上記で計算したｔｈｒｅｓｈをＣＭＩヒストグラムに適用する。ｔｈｒｅｓｈはＣＭＩヒストグラムから発光色を判定するために用いるものであり、ｔｈｒｅｓｈより高いＣＭＩをもつ画素は発光色を表示させる画素であるものと定義する。

そして、ＣＭＩヒストグラムにおけるｔｈｒｅｓｈより高いＣＭＩをもつ画素のうち、最も高いＣＭＩから低いＣＭＩに向けて画素を累積し、全体の画素のうちＭ％目の画素のＣＭＩが１００になるようなエンハンスのゲインを計算する。このゲインの値が次に説明するジオメトリック平均値に応じて決定するゲインの最大値（ＭＡＸ）となる。

図３は、エンハンス処理を行うときのゲインの設定例を説明する図である。発光色のエンハンス処理において適用するゲインは、上記で計算したジオメトリック平均値と、ＣＭＩの最大値からＭ％目の画素に基づいて計算したゲインの最大値とを用いて計算する。
図３に示すように、予め定めたジオメトリック平均値（ＧＡｖｅ）の第１の値ｇ１以上のジオメトリック平均値をもつ映像の場合、その映像（フレーム）に対してはエンハンスを行わない。ジオメトリック平均値が高い映像は全体的に明るい映像であり、これをエンハンスした後再度圧縮すると、エンハンスにより発光色が強調される印象よりも圧縮によって画面が暗くなる印象の方が強くなる。このため、所定レベルのジオメトリック平均値ｇ１以上のジオメトリック平均値をもつ映像については、エンハンスを行わない。つまりゲイン＝１.０とする。

また、第１のジオメトリック平均値ｇ１から、それよりも低い第２のジオメトリック平均値ｇ１までの間では、ｇ１からｇ２に向かって徐々にゲインを１.０から最大値に向かって増大させる。ゲインの最大値（Ｍａｘ）は、上記Ｍ％目の画素のＣＭＩが１００になるように計算した値である。

ジオメトリック平均値がｇ２より小さい場合には、Ｍ％目の画素のＣＭＩが１００になるゲインが適用される。このとき、Ｍ％目の画素よりＣＭＩが大きい画素は、ゲインが適用された結果、１００より大きいＣＭＩとなることもあり得る。この場合、１００より大きいＣＭＩをもつ画素は、実際の表示時にはクリップされて所謂潰れが生じ、階調表現ができなくなる。

ここで最も明るいレベルの画素はもともと明るく光っていて高い階調性をもっているため、階調性を微細に表現することはそれほど重要ではない。これに対して、例えば、ＣＭＩの最高値に基づいてゲインを計算すると全ての画素の階調表現が可能となるが、映像内に特異的にＣＭＩが高い画素があったときにその画素に影響され、実質的にゲインが殆どかからない場合が生じる。ゲインをある程度かけられないとその後の圧縮量も少なくなり、発光色をエンハンスして映像品位を高めるという本発明の目的を十分に達成することができない。そこで、一定のゲインを確保するためにＭ％目までの画素が潰れてもよいようにゲイン計算を行う。ただしゲイン適用によるエンハンスの後、圧縮ゲインの適用によって再度ＣＭＩが低下する画素もあるため、Ｍ％より大きいＣＭＩの画素が全てクリップされるわけではない。また、実際の処理においては、圧縮後に潰れる領域に対しては後述するソフトクリップ処理を行って階調性をできるだけ維持するような処理を行う。

図４は、上記で計算されたゲインを使用して、図２のＣＭＩヒストグラムをエンハンスした状態を示す図である。上記の処理でエンハンスのゲインが計算されると、そのゲインを適用してエンハンスする。エンハンスを行う対象画素は、ｔｈｒｅｓｈ以上のＣＭＩをもつ画素とし、それらの画素のＣＩＥＬＡＢ色空間における輝度Ｌ＊成分にゲインを適用してエンハンスする。その後色空間をＲＧＢに戻す。ゲインの量は、その映像のジオメトリック平均値と、ＣＭＩ基づく最大ゲインとに基づいて計算する。つまりＣＭＩヒストグラムから計算したｔｈｒｅｓｈに基づいて、明るい色の画素はエンハンスにより伸張し、暗い色の画素はそのまま維持する。

このとき図４のエンハンスした状態では、ＣＭＩが１００を超える画素についてもクリップすることなく許容しておく。ＣＭＩが１００を超える値は、例えば８ビットで表す階調値の２５５を超える値となるため画面上で表現することができないが、この時点では１００を超えるＣＭＩを許容する。次の処理で映像全体に圧縮ゲインがかけられてＣＭＩが再度低下する画素があることを考慮したためである。エンハンス時のＣＭＩの最高値は、
ゲイン×（Ｍａｘ−ｔｈｒｅｓｈ）＋ｔｈｒｅｓｈ
になる。

次に図４に示す発光色をエンハンスした状態において、映像信号全体を圧縮する。圧縮ゲインは画面全体の画素に一律に適用する。これにより、発光色についてはエンハンスの効果により他の非発光色の画素よりも伸張され、発光色部分を際だたせて表示させることができる。つまりこの処理は、画面内の輝度の分布を再配置することと同義となる。また、ジオメトリック平均値に応じてゲインの量を変化させて明るい画像ではエンハンスしないようにすることで、明るい画像をエンハンスした後圧縮することにより画面全体が暗くなることを抑制する。

圧縮ゲインの量は、画面の明るさ等を規定する所定条件に基づいて定めるものとする。例えば、エンハンスしただけで表示を行うと映像信号の画面平均輝度（ＡＰＬ）が増大する。これを圧縮ゲインにより元のＡＰＬレベルに戻すことにより、画面全体のＡＰＬを維持した上で、エンハンスから圧縮ゲイン処理によって発光色を際だたせるように輝度を再配置することができる。また、エンハンスのときのゲインと圧縮ゲインとの関係を予め定めておくようにしてもよい。

図５は、エンハンス〜圧縮処理の前後の状態の一例をトーンカーブにして示す図である。上記のように、本発明に係る実施形態では、ＣＭＩがｔｈｒｅｓｈ以上の画素を発光色とみなし、その画素についてエンハンスが行われる。エンハンスは、ＣＩＥＬＡＢ色空間のＬ＊に対して行われ、その後ＲＧＢデータに戻される。そして映像全体に圧縮ゲインがかけられる。

図５に示すトーンカーブはＲＧＢデータの入力出力の階調特性を示すもので、８ビットによる０〜２５５階調で表示するものとする。また、ａはエンハンス前、ｂはエンハンス及び圧縮処理後の状態を示している。発光色境界は、ＣＭＩのｔｈｒｅｓｈに相当する階調であり、この発光色境界以上の階調ではエンハンスによりトーンカーブの傾斜が大きくなり、最高階調（２５５）付近では、出力階調が２５５を超える。これは、図４に示したように、エンハンス時にはＣＭＩ１００より大きいＣＭＩになってもクリップしないで１.０より大きいＣＭＩを許容したことによる。これに圧縮ゲインを適用した後でも、出力階調が２５５を超える場合がある。

図６は、図５のトーンカーブに示されるＲＧＢデータから作成したＲＧＢＬＵＴによるトーンカーブを示す図である。ここでは図５の圧縮後のデータから、ＭＡＸの出力階調を検出する。そしてＭＡＸの出力階調と同じ階調信号が入力されたときに、２５５階調を出力するようなＲＧＢＬＵＴを作成する。このときに、出力が０〜２５５×Ｎ％（Ｎは所定の定数）までは入力と出力の関係がリニアなＬＵＴとする。そして、（ｘ１，ｙ１）＝（２５５×Ｎ，２５５×Ｎ）と、（ｘ２，ｙ２）＝（ＭＡＸ，２５５）を通る２次関数Ｙ（ｘ）＝Ａ＋Ｂ×（ｘ−ｘ１）＋Ｃ×（ｘ−ｘ１）２を計算する。この条件は、（１）ｙ（ｘ１）＝ｙ１（リニアなＬＵＴと座標が連続）、（２）ｙ´（ｘ１）＝ｙ１／ｘ１（リニアなＬＵＴと傾きが連続）、（３）ｙ（ｘ２）＝ｙ２（初期条件）、に基づく。得られたトーンカーブｃは、図６に示すように、入力が０〜２５５×Ｎ％までは入力と出力が同じ値のリニアな関係となり、入力が２５５×Ｎ％以上で傾きが変化し、入力がＭＡＸのときに出力が２５５となるように形成される。

図７は、図５のトーンカーブｂの出力を図６の入力としたときのトーンカーブｂを示す図である。これにより発光色境界以上の階調では（ｘ，ｙ）＝（２５５，２５５）に向けて曲線状のトーンカーブが形成され、出力値が２５５を超えないようにすることで、クリップをソフトに行って階調性をできるだけ保ち、表示上の違和感を低減させるようにする。なお、上記の処理は、予め入力に対する出力値を用意したＬＵＴを用いずにソフトウェアの演算処理によって実行するものであってもよい。

上記のように、本発明に係る発光色エンハンス処理では、映像信号のＣＭＩヒストグラムから明るい色である発光色を検出し、その映像信号のジオメトリック平均値が所定値より小さい、つまり暗い映像のときに発光色をエンハンスする。そしてエンハンス後の映像信号を圧縮することで輝度を再配分する。これにより発光色の部分を際だたせて高品位の映像表示を行うことができるようになる。特に入力映像が暗い映像においてはエンハンスの効果が大きい。また発光色の領域が多くかつ階調が飽和している部分が多い映像では、発光色エンハンスを行わないようにすることで、エンハンス後の圧縮処理により画面が暗く感じることを防ぐことができる。

（ＣＭＩ検出処理）
次に、上記の発色光エンハンス処理で使用するＣＭＩの検出処理を具体的に説明する。
上述したように、ＣＭＩ（Color Mode Index）は注目する色がどの程度明るいかを示す指標である。ここではＣＭＩは輝度とは異なり、色の情報も加味された明るさを示している。ＣＭＩは、
Ｌ＊／Ｌ＊modeboundary×１００ ・・・式（１）
により定義される。

上記Ｌ＊は相対的な色の明るさの指標で、Ｌ＊＝１００のときに、物体色として最も明るい白色の明度となる。上記式（１）において、Ｌ＊は注目している色の明度であり、Ｌ＊modeboundaryは、注目している色と同じ色度で発光して見える境界の明度である。ここでＬ＊modeboundary≒最明色（物体色で最も明るい色）の明度となることがわかっている。ＣＭＩ＝１００となる色の明度を発光色境界とよび、ＣＭＩ＝１００を超えると発光している（発光色である）ものと定義する。彩度と明度の関係におけるＣＭＩ＝１００の発光色境界を図８に概念的に示す。

実際の世界では、最も明るい物体色（最明色）の明るさを超える明るさのもの（発光しているもの）が存在し、人間が見ることもできる。つまりＣＭＩ＞１００となる色は多く存在する。ここで放送信号や画像データは、撮影時にカメラの絞り等によって輝度レンジが圧縮され、しかもＮＴＳＣやＥＢＵの規格に従う色域で規格化されデータ化されている。従って反射色であっても発光色であっても規格化されてしまうので、映像信号にはＣＭＩが１００を超える（つまり最明色の明度を超える）色がない状態となっている。
例えば、図９（Ａ）に実際の物体等の輝度ヒストグラムを示し、図９（Ｂ）に規格化した後のヒストグラムを示す。図中、ｈ１、ｈ２はそれぞれ実世界の２つのシーンの輝度ヒストグラムを示すもので、ｈ１は比較的暗いシーンの輝度ヒストグラム、ｈ２は比較的明るいシーンの輝度ヒストグラムである。図９（Ａ）の例では、実際の物体等の輝度ヒストグラムはｈ１では最大１００００ｃｄ／ｍ²の明るさを有し、ｈ２では最大１００ｃｄ／ｍ²の明るさを有している。この実世界のシーンを撮像するなどしてデータ化すると、図９（Ｂ）に示すように、ヒストグラムデータが規格化される。すると、物体の輝度が１００００ｃｄ／ｍ²の場合も１００ｃｄ／ｍ²の場合も映像信号データとしては２５５とされてしまう。言い換えれば、輝度レンジが圧縮されてしまい本来の輝度情報がなくなってしまうことになる。

上記のような実情を前提に、映像表示装置で表示すべき放送映像信号からＣＭＩを計算する手法を図１０を参照して説明する。放送映像信号はＢＴ.７０９規格に基づいて規格化されて送信される。従ってまず放送映像信号のＲＧＢデータをＢＴ.７０９用の変換行列を用いて３刺激値ＸＹＺのデータに変換する。そしてＹから変換式を用いて明度Ｌ＊を計算する。注目する色のＬ＊が図１０の位置Ｐ１にあったものとする。次に変換したＸＹＺから色度を計算し、既に知られている最明色のデータから、注目する色と同じ色度の最明色のＬ＊（Ｌ＊modeboundary）を調べる。図１０上の位置はＰ２である。
これらの値から、上記式（１）を用いてＣＭＩを計算する。ＣＭＩは、注目画素のＬ＊とその色度の最明色のＬ＊（Ｌ＊modeboundary）との比で示される。

上記のような手法で映像信号の画素ごとにＣＭＩを求める。規格化された放送信号であるため全ての画素は、ＣＭＩが０〜１００の範囲のいずれかをとる。そして１フレーム映像に対して、横軸をＣＭＩとし、縦軸を頻度としてＣＭＩヒストグラムを作成する。ＣＭＩヒストグラムの一例を図１１に示す。作成したＣＭＩヒストグラムから平均Ａ、及び標準偏差σを計算する。

規格化された映像信号から計算した特定の絶対値に基づいて、発光している画素を適切に検出することは不可能である。従って１フレームの映像信号の相対的な分布から、発光しているか否かを判別する。ここでは１フレームの映像全体の中で飛び抜けて明るい画素を発光している画素であると定義する。この場合、平均ＡからＮσ（Ｎは所定の定数）高いＣＭＩ（Ａ＋Ｎσ）を発光色境界として定義し、その発光色境界以上のＣＭＩをもつ画素は発光しているとみなす。定数Ｎの値は限定されないが例えばＮ＝２.８とする。

上記のような具体的な処理によって、映像信号からＣＭＩヒストグラムを生成し、ヒストグラムからｔｈｒｅｓｈを計算して、ジオメトリック平均値に基づいて上記のような発光色エンハンス処理を実行することができる。

（ジオメトリック平均値検出処理）
次に、上記の発色光エンハンス処理で使用するジオメトリック平均値の検出処理を具体的に説明する。ジオメトリック平均値（Geometric Average）は、信号輝度の平均ではなく、液晶パネルの輝度の平均を視覚特性に合致した値として算出した輝度平均値である。具体的には、以下の式（２）で表される。

上記式（２）において、δは計算を発散させえない微小な値であり、例えば、δ＝０.００００１である。また、Ｙｌｕｍは、パネル輝度を示すもので、０−１.０の値となる。Ｙｌｕｍは、（信号輝度／ＭＡＸ輝度）^ γで表すことができる。また、ｎは画素数、pixelsは全画素数を示している。このように、式（２）は、映像の画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、言い換えれば輝度の相乗平均の値を示すものであり、その値は黒に大きく左右される。

図１２は、人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。図１２に示すように、人間の視細胞の応答曲線は、対数を取った輝度の値（luminance（log cd／m²）に依存している。これは一般的には、ミカエリスメンテンの式（Mickaelis−Menten Equation）と呼ばれている。
ジオメトリック平均値は、上記のように画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、従って、ジオメトリック平均値は、画像に対する目の反応（つまりどのくらい明るく見えるのか）を数値化したものであるといえる。つまり、ジオメトリック平均値は、人間の感覚的な量に近いといえ、この値を映像特徴量として使用してＣＭＩヒストグラムにお色光エンハンス処理の有無を判定する。

図１３は、本発明による画像表示装置の第１の実施形態における発光色エンハンス処理を説明するためのフローチャートで、映像信号の１フレーム分の発光色エンハンス処理の流れを示すものである。
まず、入力映像信号からＣＭＩヒストグラムを作成する（ステップＳ１）。ＣＭＩヒストグラムは各画素のＬ＊と最明色のＬ＊（Ｌ：modeboundary）との比から求める。そしてＣＭＩヒストグラムからジオメトリック平均値を計算する（ステップＳ２）。次いで、ＣＭＩヒストグラムから発色光エンハンスを行うＣＭＩの領域を決めるためのｔｈｒｅｓｈを計算する（ステップＳ３）。ｔｈｒｅｓｈは、ヒストグラムの平均値と標準偏差から計算される。ジオメトリック平均値の計算とｔｈｒｅｓｈの計算順序は逆でもよい。

次に、計算したジオメトリック平均値に基づいて、このフレームの映像に発光色エンハンスを行うか否かを判断する（ステップＳ４）。ジオメトリック平均値が所定レベル以上の映像であれば、発光色エンハンスは行わない。発光色エンハンスを行う場合、例えば、ヒストグラムの最大ＣＭＩから２％の位置の画素がＣＭＩ＝１００となるようなゲインを計算し、そのゲインをｔｈｒｅｓｈ以上の画素に適用して発光色エンハンスを行う（ステップＳ５）。発光色エンハンスにより、発光色とみなされた画素の階調が伸張される。

次に、圧縮ゲインを計算する（ステップＳ６）。圧縮ゲインは画面の明るさ等を規定する所定の条件に基づいて定められる。もしくは予めエンハンスゲインとの関係で定められる。そして計算した圧縮ゲインを映像全体に適用して階調を圧縮する（ステップＳ７）。これにより、エンハンスした映像全体の階調が圧縮される。エンハンスから圧縮処理にかけて画面内の輝度の再配置が行われる。つまり明るい色の部分はより伸張し、暗い色の部分は階調を落とす。
最後にソフトクリップ処理を行う（ステップＳ８）。ここでは圧縮した後でも最高階調（例えば２５５）を超える画素について２次関数を使用してソフトクリップを行う。

（第２の実施形態）
次の本発明に係る画像表示装置の第２の実施形態を説明する。上記の第１の実施形態では、ＣＭＩヒストグラムからｔｈｒｅｓｈを計算し、ｔｈｒｅｓｈ以上の画素に対して発色光エンハンスを行っていた。これに対して本実施形態ではＣＭＩヒストグラムを用いずに、ＲＧＢヒストグラム、もしくはＹヒストグラムを使用して演算を行う。ＲＧＢデータ、及び輝度値Ｙデータは本発明の特徴量の他の例に該当する。
上記第１の実施形態では、映像信号のＲＧＢデータを行列式を用いてＸＹＺに変換して色度を計算し、最明色のＬ＊との比によってＣＭＩを求めている。この場合、ＣＭＩを計算するための演算量が相当量になる。ＣＭＩは人間の視覚特性に合致した特徴量であるため発光色エンハンスの処理には好適であるといえるが、演算量の簡易化を目的としてＣＭＩに代えてＲＧＢヒストグラムもしくはＹヒストグラムを用いたものを第２の実施形態とする。

ＣＭＩは、上記のように注目画素の色が、その注目画素と同じ色度の最明色と比較してどのくらい明るいのかを示す値である。一方、ＲＧＢの組み合わせにおいて、２つの色が同じ色度であることは、ＲＧＢの比が変化しないことと同義である。つまりＣＭＩにおいて同じ色度の最明色を演算する処理は、ＲＧＢデータの比率を変えずに一定倍したときに、ＲＧＢデータの階調が最も大きくなるときのＲＧＢの組み合わせを得る処理になる。
例えば、図１４（Ａ）に示すような階調のＲＧＢデータをもつ画素を注目画素とする。注目画素のＲＧＢデータに一定の数を乗算したとき、図１４（Ｂ）に示すようにＲＧＢのいずれかが最初に飽和したときの色が、元画素と同じ色度で最も明るい色である。そして最初に飽和した色（この場合Ｒ）の注目画素の階調をｒ１、最明色のＲの階調をｒ２とするとき、
ｒ１／ｒ２×１００ ・・・式（３）
によってＣＭＩに類似した値を得ることができる。ＲＧＢに一定倍したときに最初に飽和する色は、注目画素のＲＧＢのうち最大の階調をもつ色になる。

本実施形態では、画素毎に上記のような式（３）による値を算出してヒストグラムを作成する。このヒストグラムによって実施形態１のＣＭＩヒストグラムと同様の処理を行う。つまり式（３）によるヒストグラムから平均値と標準偏差を計算し、ｔｈｒｅｓｈを決定する。そしてそのヒストグラムからジオメトリック平均値を計算し、ジオメトリック平均値のレベルに応じてｔｈｒｅｓｓｈより大きいデータに該当する画素をエンハンスし、その後圧縮する。このような処理により、ＣＭＩの演算処理よりも演算の負荷を軽減させることができ、例えば汎用ＩＣなどによる処理が可能となり、回路規模の簡易化がなされる。

また、画素の明るさだけに絞って考えるのであれば、映像信号から輝度Ｙ信号を抽出し、注目画素の輝度と最大輝度との比を計算して同様のヒストグラムを作成し、上記と同様の処理によってエンハンス処理を行うこともできる。但し、Ｙヒストグラムの場合には、色に関する情報がないため、上記のＣＭＩやＲＧＢヒストグラムによる処理とは齟齬が生じる。ただしＹヒストグラムを作成してエンハンスを行う処理では、大きな支障が生じることなく、簡易な構成で有効なエンハンス処理が可能となる。

なお、上記の実施形態では、映像信号の特徴量に基づいてヒストグラムを生成し、その所定範囲の上位の画素について映像信号処理によりエンハンスを行うものであるが、エンハンス処理を行うに際して、液晶パネルを照明するバックライト光源を制御し、表示画面上の明るさを制御するものであってもよい。
この場合、例えば、１フレームの画素全体を一律にゲインダウンする際に、映像信号に圧縮ゲインを適用するだけでなく、バックライトの輝度を一律に低減させて画面輝度を低下させるようにしてもよい。このときに、映像信号の圧縮ゲインとバックライトを協働させて所望の輝度低下を実現するものであってもよい。

１…映像信号処理部、２…ヒストグラム生成部、３…エンハンス処理部、４…圧縮ゲイン処理部。

第１０の技術手段は、第１〜７のいずれか１の技術手段において、前記画素の特徴量は、画素の輝度値Ｙであることを特徴としたものである。
第１１の技術手段は、入力映像信号の特徴量のヒストグラムに基づいて、該入力映像信号をエンハンスして表示する映像表示装置であって、前記ヒストグラムの所定閾値以上の領域を高輝度方向にレベル補正することを特徴としたものである。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号の特徴量に基づいて、該入力映像信号をエンハンスして表示する映像表示装置であって、前記入力映像信号の特徴量のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、該ヒストグラム生成部が生成したヒストグラムの所定範囲の上位領域を発光色として、該発光色の画素値をエンハンスするエンハンス処理部と、該エンハンス処理部によってエンハンス処理を行った後、エンハンス処理を行った１フレームの画素全体を一律にゲインダウンする圧縮ゲイン処理部と、を有することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第２の技術手段において、前記エンハンス処理部は、前記閾値以上の画素をエンハンスする際に、前記ヒストグラムの最高特徴量をもつ画素から低特徴量方向に画素数を積算して全画素数のＭ％（Ｍは所定値）目の画素が表示可能な最高階調で表示されるゲインアップを適用し、適用したゲインアップによって画素値が前記表示可能な最高階調を超えることを一時的に許可し、前記圧縮ゲイン処理部は、前記一時的に許可した画素値に対して前記圧縮ゲイン処理部がゲインダウンを適用した後、さらに画素値が表示可能な最高階調を超えている場合には、該最高階調を超えた画素が最高階調以内の階調で出力されるように、かつ最高階調から所定の低階調に向かう領域の出力値が曲線を描いて徐々に低下するソフトクリップを行うことを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１〜６のいずれかの技術手段において、前記画素の特徴量は、ＣＩＥＬＡＢ色空間にて規定される輝度Ｌ＊であることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第１〜６のいずれか１の技術手段において、前記画素の特徴量は、画素のＲＧＢデータのうちの最大階調値をもつデータであることを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第１〜６のいずれか１の技術手段において、前記画素の特徴量は、画素の輝度値Ｙであることを特徴としたものである。
第１０の技術手段は、入力映像信号の特徴量のヒストグラムに基づいて、該入力映像信号をエンハンスして表示する映像表示装置であって、前記ヒストグラムの所定閾値以上の領域を高輝度方向にレベル補正し、該高輝度方向にレベル補正を行った後、レベル補正を行った１フレームの画素全体を一律にゲインダウンすることを特徴としたものである。

Claims (10)

1. 入力映像信号の特徴量に基づいて、該入力映像信号をエンハンスして表示する映像表示装置であって、
   前記入力映像信号の特徴量のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
   該ヒストグラム生成部が生成したヒストグラムの所定範囲の上位領域を発光色として、該発光色の画素値をエンハンスするエンハンス処理部と、を有することを特徴とする映像表示装置。
2. 請求項１に記載の映像表示装置において、
   前記ヒストグラム生成部は、入力映像信号の１フレームの各画素について、画素の前記特徴量と、当該画素が取りうる最大の前記特徴量とを計算し、各画素ごとに前記最大の特徴量に対する当該画素の特徴量の比を色の明るさの指標値として計算し、前記指標値に応じた画素の画素数を積算したヒストグラムを生成し、
   前記エンハンス処理部は、前記ヒストグラム生成部が生成したヒストグラムにおける、前記指標値が所定の閾値以上の画素を前記上位領域として、該上位領域の画素値に対して、ゲインアップすることによりエンハンスを行うことを特徴とする映像表示装置。
3. 請求項２に記載の映像表示装置において、
   前記エンハンス処理部は、前記所定の閾値をｔｈｒｅｓｈとし、前記ヒストグラムの前記指標値の平均値をＡ、標準偏差をσとするとき、
   前記閾値ｔｈｒｅｓｈは、
   ｔｈｒｅｓｈ＝Ａ＋Ｎσ（Ｎは定数）
   により決定することを特徴とする映像表示装置。
4. 請求項２または３に記載の映像表示装置において、前記エンハンス処理部は、入力映像信号の１フレームの画素の輝度値の対数の平均を累乗してジオメトリック平均値を算出し、該算出したジオメトリック平均値が所定値より低い場合に、前記ゲインアップによるエンハンスを行うことを特徴とする映像表示装置。
5. 請求項４に記載の映像表示装置において、前記エンハンス処理部は、前記ジオメトリック平均値の前記所定値より低い第２の所定値を設定し、前記所定値から前記第２の所定値までの領域では前記エンハンスとして適用するゲインを前記所定値から前記第２の所定値に向かって徐々に増加させ、前記ジオメトリック平均値が第２の所定値より低い領域では前記ゲインを一定とすることを特徴とする映像表示装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１に記載の映像表示装置において、前記エンハンス処理部によって所定の閾値以上の画素にエンハンス処理を行った後、エンハンス処理を行った１フレームの画素全体に一律にゲインダウンする圧縮ゲイン処理部を有することを特徴とする映像表示装置。
7. 請求項６に記載の映像表示装置において、前記エンハンス処理部は、前記閾値以上の画素をエンハンスする際に、前記ヒストグラムの最高特徴量をもつ画素から低特徴量方向に画素数を積算して全画素数のＭ％（Ｍは所定値）目の画素が表示可能な最高階調で表示されるゲインアップを適用し、適用したゲインアップによって画素値が前記表示可能な最高階調を超えることを一時的に許可し、
   前記圧縮ゲイン処理部は、前記一時的に許可した画素値に対して前記圧縮ゲイン処理部がゲインダウンを適用した後、さらに画素値が表示可能な最高階調を超えている場合には、該最高階調を超えた画素が最高階調以内の階調で出力されるように、かつ最高階調から所定の低階調に向かう領域の出力値が曲線を描いて徐々に低下するソフトクリップを行うことを特徴とする映像表示装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１に記載の映像表示装置において、前記画素の特徴量は、ＣＩＥＬＡＢ色空間にて規定される輝度Ｌ＊であることを特徴とする映像表示装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１に記載の映像表示装置において、前記画素の特徴量は、画素のＲＧＢデータのうちの最大階調値をもつデータであることを特徴とする映像表示装置。
10. 請求項１〜７のいずれか１に記載の映像表示装置において、前記画素の特徴量は、画素の輝度値Ｙであることを特徴とする映像表示装置。

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